引言

    隨著計算機的廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)存儲的重要性不言而喻。數(shù)據(jù)是企業(yè)寶貴的資源，尤其在電子商務(wù)大型系統(tǒng)中，要考慮支持幾千或上萬用戶同時存取和7×24h不間斷運行的要求，如何保證業(yè)務(wù)連續(xù)性運營及數(shù)據(jù)的可靠性是一個重要的課題。

    日益激烈的市場競爭和不斷提高的客戶服務(wù)質(zhì)量需求對數(shù)據(jù)庫能力和可靠運行的要求越來越高，從面向客戶服務(wù)的角度而言，無論何時出現(xiàn)何種情況，都需要數(shù)據(jù)庫提供不問斷的業(yè)務(wù)支撐服務(wù)，以保證客戶滿意度、客戶服務(wù)質(zhì)量、企業(yè)信譽等不受影響，對企業(yè)而言也可避免財務(wù)損失，增強企業(yè)競爭力。與此同時系統(tǒng)故障、人為誤操作、傳輸中斷、電網(wǎng)停電、服務(wù)器崩潰、磁盤損害系統(tǒng)風險甚至數(shù)據(jù)中心的災(zāi)難性丟失都可能造成數(shù)據(jù)庫文件的損害或丟失。

1 數(shù)據(jù)容災(zāi)備份的等級

    容災(zāi)備份是通過在異地建立和維護一個備份存儲系統(tǒng)，利用地理上的分離來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)對災(zāi)難性事件的抵御能力。

    設(shè)計一個容災(zāi)備份系統(tǒng)，需要考慮多方面的因素，如備份／恢復數(shù)據(jù)量大小、應(yīng)用數(shù)據(jù)中心和備援數(shù)據(jù)中心之間的距離和數(shù)據(jù)傳輸方式、災(zāi)難發(fā)生時所要求的恢復速度、備援中心的管理及投入資金等。根據(jù)這些因素和不同的應(yīng)用場合，通常可將容災(zāi)備份分為4個等級。

    1)第0級：沒有備援中心。這一級容災(zāi)備份，實際上沒有災(zāi)難恢復能力，它只在本地進行數(shù)據(jù)備份，并且被備份的數(shù)據(jù)只在本地保存，沒有送往異地。

    2)第1級：本地磁帶備份，異地保存。在本地將關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份，然后送到異地保存。災(zāi)難發(fā)生后，按預定數(shù)據(jù)恢復程序恢復系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。這種方案成本低、易于配置。但當數(shù)據(jù)量增大時，存在存儲介質(zhì)難管理的問題，并且當災(zāi)難發(fā)生時存在大量數(shù)據(jù)難以及時恢復的問題。為了解決此問題，災(zāi)難發(fā)生時，先恢復關(guān)鍵數(shù)據(jù)，后恢復非關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

    3)第2級：熱備份站點備份。在異地建立一個熱備份點，通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)備份。也就是通過網(wǎng)絡(luò)以同步或異步方式，把主站點的數(shù)據(jù)備份到備份站點，備份站點一般只備份數(shù)據(jù)，不承擔業(yè)務(wù)。當出現(xiàn)災(zāi)難時，備份站點接替主站點的業(yè)務(wù)，從而維護業(yè)務(wù)運行的連續(xù)性。

    4)第3級：活動備援中心。在相隔較遠的地方分別建立2個數(shù)據(jù)中心，它們都處于工作狀態(tài)，并進行相互數(shù)據(jù)備份。當某個數(shù)據(jù)中心發(fā)生災(zāi)難時，另一個數(shù)據(jù)中心接替其工作任務(wù)。這種級別的備份根據(jù)實際要求和投入資金的多少，又可分為2種：①2個數(shù)據(jù)中心之間只限于關(guān)鍵數(shù)據(jù)的相互備份；②2個數(shù)據(jù)中心之間互為鏡像，即零數(shù)據(jù)丟失等。零數(shù)據(jù)丟失是目前要求最高的一種容災(zāi)備份方式，它要求不管什么災(zāi)難發(fā)生，系統(tǒng)都能保證數(shù)據(jù)的安全。所以，它需要配置復雜的管理軟件和專用的硬件設(shè)備，需要投資相對而言是最大的，但恢復速度也是最快的。

2 容災(zāi)備份的關(guān)鍵技術(shù)

    在建立容災(zāi)備份系統(tǒng)時會涉及到多種技術(shù)，這里重點介紹Oracle GoldenGate數(shù)據(jù)庫同步技和HDSUSPV存儲復制技術(shù)。

    2．1 Oracle GoldenGate數(shù)據(jù)同步技術(shù)

    GoldenGate TDM(交易數(shù)據(jù)管理)軟件是一種基于日志的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)復制軟件，它通過解析源數(shù)據(jù)庫在線日志或歸檔日志獲得數(shù)據(jù)的增刪改變化，再將這些變化應(yīng)用到目標數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)源數(shù)據(jù)庫與目標數(shù)據(jù)庫同步、雙活。GoldenGate TDM軟件可以在異構(gòu)的IT基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(包括幾乎所有常用操作系統(tǒng)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺)之間實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)亞秒一級的實時復制。

    GoldenGate TDM的數(shù)據(jù)復制過程如下：利用捕捉進程(Capture Process)在源系統(tǒng)端讀取OnlineRedo Log或Archive Log，然后進行解析，只提取其中數(shù)據(jù)的變化，如增、刪、改操作，并將相關(guān)信息轉(zhuǎn)換為GoldenGate TDM自定義的中間格式存放在隊列文件(trail file)中。再利用傳送進程將隊列文件通過TCP／IP傳送到目標系統(tǒng)。捕捉進程在每次讀完Log中的數(shù)據(jù)變化并在數(shù)據(jù)傳送到目標系統(tǒng)后，會寫檢查點，記錄當前完成捕捉的Log位置，檢查點的存在可以使捕捉進程在中止并恢復后可從檢查點位置繼續(xù)復制；目標系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)變化并緩存到GoldenGate TDM隊列當中，隊列為系列臨時存儲數(shù)據(jù)變化的文件，等待投遞進程讀取數(shù)據(jù)；

    GoldenGate TDM投遞進程(Delivery process)從隊列中讀取數(shù)據(jù)變化并創(chuàng)建對應(yīng)的SQL語句，通過數(shù)據(jù)庫的本地接口執(zhí)行，提交到數(shù)據(jù)庫成功后更新自己的檢查點，記錄已經(jīng)完成復制的位置，數(shù)據(jù)的復制過程最終完成。由此可見，GoldenGate TDM是一種基于軟件的數(shù)據(jù)復制方式，它從數(shù)據(jù)庫的日志解析數(shù)據(jù)的變化(數(shù)據(jù)量只有日志的四分之一左右)。GoldenGate TDM將數(shù)據(jù)變化轉(zhuǎn)化為自己的格式，直接通過TCWIP網(wǎng)絡(luò)傳輸，無需依賴于數(shù)據(jù)庫自身的傳遞方式，而它可以通過高達10：l的壓縮率對數(shù)據(jù)進行壓縮，可以大大降低帶寬需求。在目標端，GoldenGate TDM可以通過交易重組，分批加載等技術(shù)手段大大加快數(shù)據(jù)投遞的速度和效率，降低目標系統(tǒng)的資源占用，可以在亞秒級實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的復制，而且目標端數(shù)據(jù)庫是活動的。

    GoldenGate具有以下關(guān)鍵特性：

    1)對生產(chǎn)系統(tǒng)影響小；

    2)實時讀取交易日志，以低資源占用實現(xiàn)大交易量數(shù)據(jù)實時復制；

    3)以交易為單位復制，保證交易一致性；

    4)高性能；

    5)智能的交易重組和操作合并；

    6)使用數(shù)據(jù)庫本地接口訪問；

    7)并行處理體系；

    8)靈活的拓撲結(jié)構(gòu)；

    9)支持一對一、一對多、多對一、多對多和雙向復制等；

    l0)支持數(shù)據(jù)過濾和轉(zhuǎn)換；

    11)可以自定義基于表和行的過濾規(guī)則；

    12)可以對實時數(shù)據(jù)執(zhí)行靈活影射和變換；

    13)提供數(shù)據(jù)壓縮和加密；

    14)降低傳輸所需帶寬，提高傳輸安全性。

    2．2 HDS USPV軟件技術(shù)

    HDS通用復制軟件Universal Replicator，是基于HDS最新一代的通用存儲平臺實現(xiàn)的異步遠程數(shù)據(jù)復制軟件。通過HDS通用存儲平臺的虛擬化功能，HDS通用復制軟件可以實現(xiàn)同構(gòu)或異構(gòu)存儲系統(tǒng)之間的遠程數(shù)據(jù)復制功能。

    HDS通用復制軟件采用基于磁盤日志文件的技術(shù)，可以保證遠程數(shù)據(jù)的一致性和完整性，同時，極大地降低了存儲系統(tǒng)CACHE和通信鏈路帶寬的需求。它是對HDS原有的異步遠程復制軟件的補充。

    HDS通用復制軟件的原理如圖1所示。當服務(wù)器端發(fā)出一個寫操作時，寫I／0按照寫發(fā)生的順序保存在主存儲系統(tǒng)的日志卷(JNL)中，遠端的存儲系統(tǒng)通過發(fā)出讀日志命令從主存儲系統(tǒng)的日志卷(JNL)中讀取記錄并將其寫到本地的日志卷(JNL)中，然后將該記錄更新到本地的數(shù)據(jù)卷中。

    在異步遠程數(shù)據(jù)復制時。如何保證遠端存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性是一個非常重要的課題。HDS通用復制軟件通過時間戳和順序號技術(shù)，保證了在遠端的存儲系統(tǒng)中接收到的記錄能夠按照其寫操作的發(fā)生順序更新到遠端的存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)卷中。而這種技術(shù)已經(jīng)在日立原有的遠程數(shù)據(jù)復制軟件中使用，并已經(jīng)經(jīng)過實踐證明。同時，HDS通用復制軟件還支持數(shù)據(jù)一致性組技術(shù)，可以保證跨多數(shù)據(jù)卷的數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

    圖1 HDS通用復制軟件原理

    HDS通用復制軟件引入了拉(pull)機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的復制，使用這種技術(shù)，主存儲系統(tǒng)不需要特定的資源將數(shù)據(jù)推(push)到遠程存儲系統(tǒng)中，而是遠程存儲系統(tǒng)到本地存儲系統(tǒng)來讀日志卷。這樣就解除了主存儲系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)遠程復制的資源消耗，使得主存儲系統(tǒng)的資源100％的服務(wù)于生產(chǎn)系統(tǒng)，從而提高了存儲系統(tǒng)的性能。

    HDS通用復制軟件也節(jié)省了通信鏈路的帶寬需求，在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠程復制環(huán)境下，通信鏈路的帶寬需求不夠，則數(shù)據(jù)會累積在存儲系統(tǒng)的CACHE中，當CACHE資源不夠時，遠程數(shù)據(jù)復制過程中斷。采用基于磁盤日志方式的通用復制軟件，可以利用磁盤日志文件緩沖對帶寬的瞬時高需求，從而可以避免由于瞬間的高帶寬需求造成的遠程數(shù)據(jù)復制的掛起。

    HDS通用復制軟件也有效的解決了在數(shù)據(jù)復制過程中的重新同步過程中的數(shù)據(jù)不一致性問題。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)復制方式下，當數(shù)據(jù)鏈路的原因造成數(shù)據(jù)不能夠復制，數(shù)據(jù)遠程復制自動掛起，同時對生產(chǎn)端存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新保存在存儲系統(tǒng)的Bitmap表中，當鏈路恢復后，存儲系統(tǒng)根據(jù)Bitmap表中的記錄信息將更新過的磁道復制到備份端的存儲系統(tǒng)，而在這個過程中備份端的存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性是不能保證的，這就是數(shù)據(jù)復制的重新同步問題。由于HDS通用數(shù)據(jù)復制軟件采用基于磁盤日志的工作方式，當數(shù)據(jù)鏈路斷開后，對數(shù)據(jù)的更新仍然按順序保存在磁盤日志中，這樣，當鏈路恢復后，HDS的通用復制軟件仍然到生產(chǎn)端存儲系統(tǒng)的日志文件中讀取數(shù)據(jù)更新記錄，這樣就解決了數(shù)據(jù)的重新同步問題。

    由于HDS通用復制軟件是基于HDS通用存儲平臺實現(xiàn)的數(shù)據(jù)遠程異步復制功能，由于HDS通用存儲平臺可以支持異構(gòu)的存儲系統(tǒng)連接和虛擬化，所以HDS通用復制軟件可以實現(xiàn)異構(gòu)的存儲系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)遠程異步復制功能。

3 結(jié)語

    數(shù)據(jù)容災(zāi)系統(tǒng)，對于IT而言，就是為計算機信息系統(tǒng)提供的一個能應(yīng)付各種災(zāi)難的環(huán)境。當計算機系統(tǒng)在遭受如火災(zāi)、水災(zāi)、地震、戰(zhàn)爭等不可抗拒的自然災(zāi)難以及計算機犯罪、計算機病毒、掉電、網(wǎng)絡(luò)／通信失敗、硬4牛-／軟件錯誤和人為操作錯誤等人為災(zāi)難時，容災(zāi)系統(tǒng)將保證用戶數(shù)據(jù)的安全性(數(shù)據(jù)容災(zāi))，甚至一個更加完善的容災(zāi)系統(tǒng)，還能提供不間斷的應(yīng)用服務(wù)(應(yīng)用容災(zāi))。可以說，容災(zāi)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)存儲備份的最高層次。

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